Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru Jednoduchá metoda pro požární návrh

Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru Jednoduchá metoda pro požární návrh

Cíl návrhové metody

Jednoduchá metoda pro požární návrh

2


3

Obsah prezentace

• •

•

Chování ocelobetonového stropu za požáru Jednoduchá metoda pro návrh ocelobetonových desek za běžné teploty – Model stropní desky – Druhy porušení Jednoduchá metoda pro návrh ocelobetonových desek za zvýšené teploty – Rozšíření na chování za požáru – Zvětšení únosnosti membránovým působením – Zahrnutí zbytkové únosnosti ocelových nosníků – Návrh požárně chráněných nosníků


4

Chování ocelobetonového stropu •

Návrh po prvcích Chráněné nosníky

Chování ocelobetonového stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty

Sloup

Nosník

Strop

Existující návrhová metoda předpokládá samostatně působící prvky

Požární úsek


5

Chování ocelobetonového stropu

•

Skutečné chování ocelobetonového stropu s ocelovou výztuží v betonové desce

Chování ocelobetonového

Nárůst teploty za požáru

stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty

Membránové působení

Prostý ohyb


6

Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty

Chování ocelobetonového stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty

•

Metoda navržená profesorem Colinem Baileym Univerzita v Manchesteru dříve s Building Research Establishment (BRE)

Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty


7

Navrhování na membránové působení za požáru

Plastické lilie

Nechráněné nosníky

Chráněné nosníky


8

Jednoduchá metoda pro návrh ze běžné teploty • • Chování

Model stropní desky svisle uložené po 4 stranách (Plastické linie) – volná ve vodorovném směru– velmi konzervativní předpoklad

ocelobetonového stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty

Prosté uložení

Plastické linie



9

Jednoduchá metoda pro návrh ze běžné teploty •

Model stropní desky – Vlivem membránového působení se zvýší únosnost stanovená metodou plastických linií

Chování

Tažená oblast

ocelobetonového

Prosté uložení na 4 stranách

stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné

Plastické linie

teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty

Tlak napříč plastickou linií

Tah napříč plastickou linií


10


Membránové síly podél plastických linií (1)

L Chování ocelobetonového stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty

nL

k b K T0

C

E

C

Prvek 1



D

S

C

F

T2

B

T1

A

S T2

b K T0

Prvek 1

Prvek 2

ℓ

Prvek 2 Jednoduchá metoda pro požární návrh

11


Chování

Membránové síly podél plastických linií (2)

k, b

parametry velikosti membránových sil,

stropu

n

součinitel z teorie plastických linií,

Jednoduchá

K

poměr výztuže v kratším rozponu k výztuži v delším rozponu,

KT0

únosnost ocelové jednotku délky,

T1, T2, C, S

jsou výsledné membránové síly podél plastických linií.

ocelobetonového

metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty


výztužné

sítě

na

12


Příspěvek membránového působení (1) – Prvek 1


Pohled na výsledné membránové síly v rovině

Pohled z boku na výsledné membránové síly při průhybu w


13


Příspěvek membránového působení (2) – Prvek 2


Pohled na výsledné membránové síly v rovině

Pohled z boku na výsledné membránové síly při průhybu w


14

Jednoduchá metoda pro návrh ze běžné teploty • Chování

Příspěvek membránového působení (3) – Zvětšující součinitel pro všechny prvky

ocelobetonového stropu

ei, i=1,2 =

Jednoduchá metoda pro návrh za běžné

eim : momentová únosnost prvku i okolo podpory + eib : momentová únosnost plastických linií prvku i

– Celkové zvětšení

teploty

e  e1 


e1  e2 1  2 a 2

kde: μ a

je koeficient pravoúhlosti výztuže je vliv poměru desky = L/ℓ


15


Příspěvek membránového působení (4)

Chování

Únosnost s vlivem membránových sil

ocelobetonového

Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá

Únosnost

stropu

Zvětšující součinitel vlivu membránových sil (e1m) pro daný průhyb (w1) Únosnost podle teorie plastických linií

metoda pro návrh za zvýšené teploty

w1

Průhyb (w)


16


Chování

Druhy porušení (tahové porušení výztuže) Trhlina po celé výšce desky

ocelobetonového

Tlakové porušení betonu

Porušení výztuže v delším rozpětí

stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty

Tvar plastických linií

Okraj desky se posouvá do středu a klesá napětí ve výztuži v kratším rozpětí


17


Druhy porušení (tlakové porušení betonu) – Pro desky silně vyztužené

Chování ocelobetonového stropu

Podrcení betonu napětím v rovině

Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty

Tvar plastických linií Jednoduchá metoda pro požární návrh

18


Druhy porušení (experimentální důkaz)


Tahové porušení výztuže


Tlakové porušení betonu

19

Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty • Chování

Model stropní desky za zvýšené teploty (1) – Na základě stejného modelu za běžné teploty

ocelobetonového stropu Jednoduchá

– S přihlédnutím vlivu teploty na materiálové vlastnosti.



20

Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty Volné ohýbání betonové desky x

y0 T0 = (T1 + T2)/2

TEPLO

ZIMA

d

T2

Radiace

L

y0

∆T T1

Zdroje tepla

∆T=T2 – T1

y

Rozložení teploty

Konstrukce Prostý nosník

y

 L2 (T2  T1 ) 8

d

Ohýbání je způsobeno teplotními rozdíly

Prostý nosník Konzola

y

∆T=T2 – T1


Konzola

 L2 (T2  T1 ) 2

d nebo gradient ∆T/d

21

Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty •

Model stropní desky za zvýšené teploty (2) – Průhyb vlivem teplotního gradientu po výšce:

Chování ocelobetonového

w 

stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty

 (T 2  T1 )  2 19 . 2 h

kde: h je účinná výška desky ℓ je kratší rozpětí desky  součinitel teplotní roztažnost betonu


T2 T1

Pro LW beton, EN 1994-1-2 je hodnota brána LWC = 0.8 × 10-5 °K-1 Pro NW beton, je konzervativní hodnota brána NWC = 1.2 × 10-5 °K-1 < 1.8 × 10-5 °K-1 (EN 1994-1-2 value) teplota spodního povrchu desky (strana vystavená požáru) teplota horního povrchu desky (neexponovaná strana) Jednoduchá metoda pro požární návrh

22


• Chování ocelobetonového stropu Jednoduchá

Model stropní desky za zvýšené teploty (3) – Předpokládá se, že průměrné napětí ve výztuži odpovídá polovině meze kluzu za pokojové teploty – Průhyb desky je založen na parabolickém tvaru deformované desky od příčného zatížení:


w 

 0 .5 f sy   Es

 3 L2    30  8

kde: Es je modul pružnosti výztuže při 20°C fsy mez kluzu výztuže při 20°C L delší rozpětí desky


23


• Chování ocelobetonového

Model stropní desky za zvýšené teploty (4) – Největší přípustný průhyb stropní desky:

stropu Jednoduchá

w 

 (T2  T1 ) 2

metoda pro návrh

19 .2 h



 0 .5 f sy   Es

 3 L2   8

za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty

– Průhyb stropní desky se dále omezuje, aby se neporušila celistvost desky u podpor:

w w 

 T2  T1  l 2 19.2h



l / 30

L 30


24


• Chování

Rezervy v návrhu stropní desky – V místě podpor se předpokládá přetržení výztuže

stropu

– Svislé průhyby od tepelného gradientu v desce jsou podhodnoceny

Jednoduchá

– Svislé průhyby od tepelného gradientu se počítají z kratšího rozpětí desky

ocelobetonového

metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené

– Svislé průhyby od zabráněné tepelné roztažnosti desky nejsou uvažovány – Příspěvek ocelového plechu není uvažován – Nárůst tažnosti výztužné sítě její zvýšenou teplotou není uvažovány

teploty


25


• Chování ocelobetonového stropu Jednoduchá

Zvýšení únosnosti modelu stropní nechráněných ocelových nosníků (1) – Vláknové působení uvažováno

 


nechráněných

v

případě

nosníků

není

– Ohybová momentová únosnost nechráněných nosníků se bere do výpočtu s následujícími předpoklady:

metoda pro návrh za běžné teploty

desky



Prostý nosník na obou koncích Ohřívání průřezu podle Čl. 4.3.4.2 ČSN EN 1994-12 Tepelné a mechanické vlastnosti pro ocel a beton podle ČSN EN 1994-1-2


26

Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty • Chování ocelobetonového

Zvýšení únosnost modelu stropní nechráněných ocelových nosníků (2)

desky

v

případě

– Zvýšení únosnosti vlivem nechráněných nosníků je:


8 M Rd , fi 1  nub L2 

l

Jednoduchá

L

metoda pro návrh za zvýšené teploty

where: je počet nechráněných nosníků nub MRd,fi momentová únosnost nechráněných kompozitních nosníků Jednoduchá metoda pro požární návrh

27


• Chování

Výpočet teploty ocelobetonové desky – Na základě pokročilých výpočetních modelů

ocelobetonového



Metoda přírůstku ve 2D



Materiálové vlastnosti podle ČSN EN 1994-1-2



Uvažuje se s vlivem zastínění


p

Jednoduchá návrh za zvýšené teploty

x

Prvek i

metoda pro

top

h

y

side  =1.0

b1


L Prvek i

28


Chování ocelobetonového stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty

•

Únosnost požárně chráněných obvodových nosníků – Plastický návrh – Redukční součinitel zatížení za požáru 

Přídavné zatížení na chráněné nosníky

– Metoda kritické teploty (ČSN EN 1994-1-2)



29

Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty •

Únosnost požárně chráněných obvodových nosníků na základě plastického návrhu

Chování

Osa otáčení

ocelobetonového stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá

o Okraj desky

o

o Plastická linie

Mb,1

Okraj desky

Osa otáčení Mb,3

o

Mfi,Rd

Mb,2

Mfi,Rd

metoda pro

Osa otáčení

návrh za zvýšené teploty

o

o Osa otáčení

o


Mb,4 o Plastická linie

30

Ověření platnosti zkouškami

7 Požárních zkoušek v laboratoři v Cardingtonu Chování ocelobetonového stropu Jednoduchá metoda pro návrh za běžné teploty Jednoduchá metoda pro návrh za zvýšené teploty

1 Zkouška BRE (za studena simulovaná pro požár) 10 Zkoušek za studena provedených v letech 1960/1970 15 zkoušek malého měřítka provedených univerzitou v Sheffieldu v roce 2004 44 zkoušek malého měřítka za studena a za tepla provedených univerzitou v Manchesteru Zkoušky FRACOF a COSSFIRE Zkouška velkého měřítka provedená univerzitou v Ulsteru v roce 2010.


31

Zkoušky malých měřítek a návrh betonových stropních konstrukcí


22 zkoušek za studena a 22 stejných zkoušek za tepla (Obě se sítěmi MS a SS)


32

Výsledky získané aplikováním metodiky


40 až 55% nosníků může být ponecháno nechráněné s místní ochranou, kde je třeba. Jednoduchá metoda pro požární návrh

33

Dostupné knihy



34

Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru Jednoduchá metoda pro požární návrh

Recommend Documents